Hiệu ứng sinh học của trường bức xạ tần số radio tới cơ thể sinh vật và con người

(RF) trải rộng từ 3 KHz đến 300GHz. Nguồn phát xạ nhân tạo chủ yếu là các hệ thống truyền thông. Trong dải RF đó là các hệ thống phát thanh quảng bá điều chế biên độ (AM) hoặc điều chế tần số (FM), các hệ thống vô tuyến truyền hình quảng bá VHF và UHF, hệ thống điện thoại di động, các hệ thống radar và các hệ thống thông tin vệ tinh... Năng lượng lượng tử ở tần số radio rất thấp. Năng lượng lượng tử cực đại ở tần số 300 GHz là 1,2 milielectronvolts (meV) không thể làm thay đổi cấu trúc phân tử hoặc phá vỡ liên kết phân tử. Trong khi đó để phá vỡ liên kết hydro yếu nhất cần năng lượng 80 meV (WHO 1993) ( xem bảng 1). Khi bức xạ RF tác động vào cơ thể sinh vật, một phần bị phản lại, một phần lọt qua cơ thể rồi truyền vào không gian, phần còn lại sẽ hấp thụ vào trong cơ thể. Phần năng lượng bị hấp thụ phụ thuộc vào chiều Đặt vấn đề Hiện nay bức xạ tần số radio (Radio Frequency viết tắt - RF) được dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: khoa học công nghệ, y học, quân sự và đặc biệt là thông tin vô tuyến viễn thông. Theo đó, hàng ngày số lượng người phơi nhiễm với RF ngày càng tăng và mức độ ảnh hưởng sinh học của RF tới cơ thể và sức khỏe con người đang được cộng đồng quan tâm tìm hiểu để có các giải pháp phòng ngừa. Ảnh hưởng sinh học của bức xạ RF là không gây tác hại trực tiếp lên các phân tử, các mô sống hoặc không phá vỡ cấu trúc dây liên kết các phân tử trong tế bào sống để tạo nên sự ion hoá. Nên ảnh hưởng của việc gia nhiệt do trường bức xạ RF có công suất đủ lớn là gây nung nóng các cơ quan, bộ phận hoặc toàn bộ cơ thể... Tổ chức Y tế thế giới đã tổng kết trong 30 năm qua có gần 25000 bài báo khoa học viết về ảnh hưởng sinh học của bức xạ RF đối với sức khỏe con người và đã kết luận: “Các bằng chứng hiện nay chưa đủ cơ sở kết luận bức xạ RF mức thấp có ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người. Mặc dù vậy vẫn còn những điều chưa hiểu hết về các ảnh hưởng sinh học cần được tiếp tục nghiên cứu”. Việt Nam là nước nhiệt đới gió mùa có khí hậu nóng ẩm, trung bình một năm có trên 223 ngày có khí hậu nóng ẩm, độ ẩm trung bình trên 80 %, nhiệt độ không khí trung bình năm trên 210C. Điều này liên quan nhiều tới hiệu ứng sinh học của việc gia nhiệt do trường bức xạ RF ảnh hưởng tới người làm việc tiếp xúc với bức xạ RF và dân cư khu vực. 1. Đặc điểm vật lý của bức xạ RF tác động lên cơ thể sinh vật và con người Bức xạ RF là dạng bức xạ không ion hoá. Dải tần radio HIỆU ỨNG SINH HỌC CỦA TRƯỜNG BỨC XẠ TẦN SỐ RADIO TỚI CƠ THỂ SINH VẬT VÀ CON NGƯỜI PGS.TS. Lê Khắc Đức Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1&2-201288 Tương tác trực tiếp tạo ra các hiệu ứng khi có sự tiếp xúc trực tiếp giữa trường điện từ RF và cơ thể. Tương tác gián tiếp xảy ra do tác động của vật trung gian khác trong khi tiếp xúc với trường điện từ RF và là hậu quả sự tiếp xúc (vật lý) giữa cơ thể sinh vật và vật thể khác như ô tô, hàng rào, thậm chí sinh vật khác. Ở tần số < 100 kHz, cơ chế tương tác diễn ra do kích thích tế bào bằng dòng cảm ứng. Ở tần số cao hơn, tương tác sinh nhiệt chiếm ưu thế. Ở tần số thấp cơ thể chỉ hấp thu một phần nhỏ năng lượng. Tương tác sinh nhiệt diễn ra khi có mức năng lượng cao hơn so với dòng cảm ứng, do đó tương tác sinh nhiệt ít được chú ý hơn với người phải tiếp xúc TĐT-R. - Tương tác trực tiếp - trường mạnh (strong fields). Trong cơ chế này có thể chia làm hai kiểu tuỳ thuộc tần số: Tần số < 100 kHz: tác động ưu tiên tới tế bào nhạy cảm. Tần số > 100 kHz: cần mức năng lượng kích thích cao hơn và các tác động khác để có thể ảnh hưởng tế bào nhạy cảm. Mức này thường > 1 W/kg (SAR). Ở mức này tác động sinh nhiệt được quan tâm chú ý hơn. - Tương tác với tế bào nhạy cảm: Trong các tế bào này dòng điện cảm ứng được khuếch đại qua màng tế bào. Với cường độ đủ lớn, chúng ảnh hưởng tới khả năng dẫn điện của tế bào thần kinh và cơ. Theo Lacourse và cs (1985) sự tương tác này diễn ra ở tần số hàng trăm kHz. Sự thay đổi ở màng tế bào dẫn đến thay đổi trao đổi ion, thay đổi hình dạng ở các protein liên kết; một loạt cổng ion mở ra và thậm chí dẫn tới khử cực màng, làm màng không hoạt động. Ngưỡng kích thích tế bào nhạy cảm và ý nghĩa sinh học còn chưa biết rõ. - Tương tác sinh nhiệt: Tiếp xúc với TĐT-R có thể dẫn tới tăng thân nhiệt của cơ thể. Trong đó: T = nhiệt độ, t = thời gian, dài của bước sóng. Nếu chiều dài bước sóng ngắn hơn 10cm thì phần năng lượng bị hấp thụ ở da, lớp mỡ dưới da và lớp cơ; chiều dài bước sóng từ 30-100cm năng lượng sẽ bị hấp thụ phần lớn vào các cơ quan bên trong cơ thể. Ảnh hưởng về nhiệt của trường bức xạ RF có thể chia thành các dải như sau (TCVN 3718-1:2005): + Mật độ dòng năng lượng cao (>10mW/cm2), tại đó xuất hiện hiệu ứng về nhiệt rõ rệt. + Mật độ dòng năng lượng trung bình (từ 01- 10 mW/cm2), tại đó có các hiệu ứng về nhiệt yếu, nhưng đáng kể. + Mật độ dòng năng lượng thấp (<01 mW/cm2), tại đó không tồn tại các hiệu ứng nhiệt, nhưng có các hiệu ứng khác. Khi cơ thể hấp thu đủ bức xạ RF, lượng bức xạ này sẽ chuyển thành nhiệt dẫn đến tăng nhiệt độ cơ thể. 2. Hiệu ứng sinh học của trường bức xạ RF hay còn gọi là trường điện từ RF Trường điện từ tần số radio (RF) tác động tới cơ thể qua hai cơ chế: cơ chế trực tiếp và cơ chế gián tiếp. Bảng 1: Phổ các bức xạ điện từ (từ sóng cực thấp đến vùng tia γ) 89Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1&2-2012 SAR = suất hấp phụ riêng (specific absoption rate), C = khả năng chịu nhiệt của tế bào. Ở mức độ phân tử, hiện tượng chuyển năng lượng điện từ thành năng lượng nhiệt là các quá trình hồi phục nhiệt. Sự “lắng đọng” năng lượng TĐT-R trong cơ thể chưa chắc đã làm tăng nhiệt độ cơ thể do cơ thể có cơ chế điều hòa nhiệt. - Tương tác gián tiếp. TĐT-R tần số < 100 MHz tương tác với các cơ thể sinh vật qua điện tích bị tác động của vật dưới mặt đất hoặc trên mặt đất như ô tô, hàng rào, dây điện... Có thể diễn ra hai loại tương tác: - Có sự phóng tia lửa điện trước khi người đụng tới vật. - Sự truyền điện xuống đất qua người diễn ra khi tiếp xúc với vật thể. Độ lớn của dòng điện này tuỳ thuộc vào tổng điện tích của vật thể. Ngược lại các điện tích phụ thuộc tần số, cường độ dòng điện, vào hình thể và nội dung của vật, và trở kháng của người với đất. Dòng điện tới mặt đất qua người tiếp xúc với vật thể có thể bị giảm mạnh nếu như người đó đi giầy hoặc dép. Bỏng do trường điện từ RF có thể xảy ra khi có 1 dòng điện từ từ vào cơ thể qua 1 điểm tiếp xúc nhỏ (ví dụ ngón tay) khi ngón tay tiếp xúc với vật thể bị nhiễm điện. Một tương tác khác có thể xảy ra ở tần số thấp là sự phóng điện qua tiếp xúc trực tiếp giữa người và vật thể dẫn điện hoặc qua khoảng trống không khí giữa người và vật đó [Tenforde & Kaune 1987]. 3. Tác động của việc gia nhiệt do trường bức xạ RF đối với cơ thể sinh vật và con người Hiệu ứng sinh học của trường bức xạ RF (trường điện từ tần số radio) đã được Vernatxki V.I phát hiện từ năm 1926 khi quan sát thấy ruồi bị chết giữa hai bản cực của một tụ cao tần. Từ năm 1932 trở đi đã có nhiều công trình nghiên cứu tác hại sinh học của trường điện từ tần số radio như: Slinkhae. L. (1932), Lazarev P.P, Debai P, Zakk K, (1936) và Lazarovich V.G, 1978 . Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2 ở Mỹ và Liên Xô, người ta thấy các nhân viên sửa chữa và các trắc thủ ra đa than phiền về các triệu chứng nhức đầu, khó ngủ, mệt mỏi. Năm 1948 các bác sỹ ở bệnh viện Mayor ( Mỹ) nhận thấy hiện tượng đục nhân mắt ở động vật bị chiếu sóng ra đa liều cao. Từ đó cho tới nay đã có nhiều tác giả nghiên cứu hiệu ứng sinh học của trường bức xạ RF đối với cơ thể sinh vật và đều thừa nhận là do sự nung nóng các vật thể ở trong trường bức xạ RF có mức công suất đủ lớn. Những kết quả nghiên cứu về mối quan hệ của trường bức xạ RF với sức khỏe của động vật và con người cho thấy như sau: 3.1. Đối với động vật thí nghiệm WHO (1993) đã công bố xem xét và đánh giá chi tiết của các tài liệu khoa học dựa vào đó để đưa ra các giới hạn phơi nhiễm. Các đánh giá được thực hiện từ các báo cáo khoa học về việc có các hiệu ứng sinh học gây nguy hiểm cho sức khỏe hay không? Phản ứng trên các con vật thí nghiệm cho thấy rằng chúng là các sinh vật nhạy cảm nhất trước các ảnh hưởng có hại đến sức khỏe. Đó là về sự ngừng hoạt động, giảm khả năng hoạt động, giảm sức chịu đựng, nhận thấy có trường phơi nhiễm và có biểu hiện không thoải mái Qua đó, WHO kết luận rằng phơi nhiễm cao (dưới 1 giờ) trong trường điện từ hấp thụ trong toàn bộ cơ thể với mức SAR trung bình nhỏ hơn 4W/kg thì không gây ra ảnh hưởng có hại đến sức khỏe trên con vật thí nghiệm. Các hiệu ứng sinh học của việc gia nhiệt trường bức xạ RF đã được quan sát trên động vật (ở mức phơi nhiễm rất cao) bao gồm các tổn thương ở các bộ phận cụ thể, thân nhiệt tăng rất cao và chết. Phơi nhiễm nhiều ở tần số vi sóng cũng có thể gây tổn thương cho mắt như đục nhân mắt và các tổn thương võng mạc gây hỏng mắt. Các thí nghiệm trên động vật, chủ yếu là loài gặm nhấm và động vật linh trưởng cho thấy ngưỡng SAR (mức hấp thụ riêng) đối với các hiệu ứng nhiệt nguy hiểm là khoảng Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1&2-201290 4W/kg. Các hiệu ứng nhiệt cũng xẩy ra ở mức SAR thấp hơn và trong khi các hiệu ứng này chưa có tác hại rõ rệt nhưng chúng có thể coi là đáng kể (TCVN 3718-1:2005) 3.2. Đối với con người Đã có khá nhiều tác giả nêu: Trường điện từ RF có thể gây nên hai hiệu ứng là: hiệu ứng sinh nhiệt và hiệu ứng không sinh nhiệt. Khi cơ thể bị chiếu bởi mật độ dòng năng lượng nhất định, nhiệt độ cơ quan bị chiếu sẽ tăng, các tác giả gọi đây là hiệu ứng sinh nhiệt. Người ta còn thấy trường điện từ còn gây ra những tác hại sinh học khác mà không làm nóng cơ thể gọi là hiệu ứng không sinh nhiệt. Các tác hại sinh học được thể hiện qua hội chứng suy nhược thần kinh như mạch chậm, huyết áp giảm, ra mồ hôi tay, chân... Để giải thích cơ chế hiện tượng sinh nhiệt nhiều tác giả cho rằng trường điện từ đã cưỡng bức các ion hoặc các phân tử lưỡng cực dao động với tần số cao. Trong cơ thể người, nước chiếm tới 70% trọng lượng cơ thể, đặc biệt một số bộ phận như thuỷ tinh thể, tinh hoàn, não... Phân tử nước do cấu trúc đặc biệt, là một phân tử lượng cực (dipol), do vậy khi bị chiếu bức xạ điện từ, cơ thể sẽ nóng lên. Bằng các thực nghiệm trên động vật người ta thấy trường điện từ tần số radio gây tổn thương nặng các bộ phận như mắt, dịch hoàn... Trong lâm sàng người ta gặp các trường hợp đục nhân mắt, sốt, đau bụng cấp, phù hợp với giả thiết đó. Để giải thích hiệu ứng không sinh nhiệt của trường điện từ, Petrov I.R (1970) cho rằng trường điện từ làm nóng các vi thể trong tế bào, Prexman A.X (1964) cho là trường điện từ kích thích các thục cảm thể, còn Grant F và Illing F (1974) chứng minh trường điện từ làm rối loạn các ion Natri và Kali ở màng tế bào. Mặc dù cho tới nay vấn đề tác động của trường điện từ đối với cơ thể và ngưỡng tác hại của nó còn chưa thống nhất nhưng người ta đã công nhận hiệu ứng không sinh nhiệt của trường điện từ. 3.3. Tác động của việc gia nhiệt do trường bức xạ RF đối với cơ thể sinh vật trong điều kiện khí hậu nóng ẩm WHO (1993) cho rằng cần nắm được và dự đoán được tác động sinh nhiệt do trường bức xạ RF tạo ra đối với cơ thể người làm công tác trực tiếp với máy móc phát sóng điện từ trong điều kiện môi trường khí hậu nóng. Trong môi trường nhiệt độ bình thường, khi cơ thể ở trạng thái nghỉ ngơi, tổng lượng nhiệt do người tạo ra khoảng 100 W. Để duy trì cân bằng nhiệt, cơ thể cần thải ra 100 W trong đó 15-20 W qua bay hơi mồ hôi và qua hơi thở; số còn lại qua các con đường trao đổi nhiệt khác như bức xạ, dẫn truyền, đối lưu ra môi trường xung quanh. Khi lao động thể lực trong môi trường nhiệt độ và độ ẩm cao thì nhiệt độ cơ thể có xu hướng tăng. Với người khoẻ có thể chịu đựng được nhiệt độ cao từ 37-390C. Khi nhiệt độ ở 390C cơ thể có thể thải tới 1 lít mồ hôi/giờ và tần số tim tăng lên. Với nhiệt độ trung tâm, người ta lấy giới hạn không tăng quá 0,80C [WHO 1993]. Trong điều kiện bình thường, gánh nặng nhiệt bị tác động của quá trình chuyển hóa. Trong môi trường nóng hoặc lao động thể lực có sự dao động lớn từ giá trị tối thiểu (1 W/kg đến 10 W/kg). Trong một số thí nghiệm đối tượng được nghỉ ngơi trong môi trường nhân tạo, những người tình nguyện chịu SAR = 4 W/kg trong 20-30’ đã dẫn đến tăng nhiệt độ cơ thể từ 0,1 - 0,50C. Sự tiếp xúc này cũng dẫn đến những thay đổi với huyết áp và tần số hô hấp. Khi SAR tăng, các đối tượng thấy tăng tiết mồ hôi trán, ngực, bụng. Khi stress nhiệt tăng do tăng chuyển hóa trong quá trình lao động, do năng lượng của trường bức xạ RF hoặc tiếp xúc với bức xạ mặt trời có xu hướng làm tăng nhiệt độ cơ thể và tăng hoạt động điều hòa nhiệt. Tuỳ từng người mà khả năng đáp ứng với vấn đề này có khác nhau: tuổi, giới, loại hình lao động, quần áo, môi trường nóng ẩm... Stress nhiệt do hấp thụ năng lượng 91Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1&2-2012 sóng điện từ sẽ trở nên nặng hơn khi phối hợp với quần áo dày hoặc môi trường nóng ẩm. Các ảnh hưởng do sóng điện từ gây ra có thể giảm nếu diễn ra trong môi trường lạnh. Stress nhiệt đối với những người “nhạy cảm” cần được giảm hơn đối với người bình thường ví dụ như trẻ nhỏ có hệ điều hòa nhiệt chưa hoàn thiện hay người già (có hệ điều nhiệt già cỗi). Tuy nhiên liều hấp thụ như thế nào người ta còn chưa xác định được. Z.V Gordon (1966) còn chỉ ra tác động của vi khí hậu nóng làm tăng biến đổi do trường điện từ không chỉ ở trường hợp chiếu liều cao mà cả trong trường hợp chiếu liều thấp. Vấn đề này đã được chính thức công nhận trong lần xuất bản năm 1993 của Tổ chức Y tế thế giới về tác hại của trường bức xạ RF Việt Nam là nước nhiệt đới gió mùa có khí hậu nóng ẩm và có nhiều nghiên cứu về tác dụng hợp lực của trường bức xạ RF với khí hậu nóng. Nguyễn Mạnh Liên và CS (1985) đã chứng minh trường bức xạ RF có tác động “hợp lực” với vi khí hậu nóng. Bằng thực nghiệm tác giả đã chứng minh nhóm động vật thí nghiệm nhanh bị chết hơn khi bị chiếu cùng liều nhưng để trong môi trường nóng so với nhóm để trong môi trường lạnh như bảng trên. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lê Khắc Đức, Trần Văn Tuấn, (2008). Nghiên cứu các biện pháp bảo đảm quân y cho bộ đội ra đa. Đề tài nghiêøn cứu khoa học cấp Bộ quốc phòng, thuộc Chương trình KCB.04. [2]. Lưu Ngọc Hiền, Trần Công Huấn, Lê Khắc Đức & CS (1998). Khảo sát ảnh hưởng của trường điện từ tần số radio và điều kiện lao động tới sức khỏe bộ đội các trạm ra đa phòng không. Tuyển tập công trình nghiên cứu khoa học 1990-1998. Học viện Quân y, Nhà xuất bản Quân đội nhân dân, tr.354-356. [2]. Nguyễn Mạnh Liên và cs (1985). Nghiên cứu ảnh hưởng của trường điện từ tần số radio trong điều kiện khí hậu nóng ẩm tới cơ thể người và đề xuất những biện pháp y sinh học nhằm đảm bảo an toàn cho những người làm việc có tiếp xúc với trường điện từ tần số radio. Báo cáo tổng kết toàn diện về kết quả nghiên cứu của đề tài 58-01- 06-01, Học Viện Quân Y 1985, 116 tr. [3]. Nguyễn Hồng Ngân, Nguyễn Văn Lâm (1986). Nhận xét sơ bộ về ảnh hưởng của sóng siêu cao tần đến chức năng thị giác qua kiểm tra trên 1932 trường hợp. Y học Việt Nam, tập 132, số 3, tr.37-39. [4]. Tiêu chuẩn Việt Nam (2005): TCVN 3718-1: 2005 , Xuất bản lần 1, Hà Nội -2005: Quản lý an toàn trong trường bức xạ tần số radio- Phần1: Mức phơi nhiễm lớn nhất trong dải tần từ 3 kHz- 300GHz. [5]. ghe.com/article/1260: An toàn bức xạ điện vô tyến và nhận thức Sóng_điện_từ. [6]. WHO, UNEP, IRPA (1989). Magnetic fields health and safety guide. Environmental health criteria 69: Magnetic fields. World health organization, Geneva 1989, 24p. [7]. World Health Organization (1993). Electromagnetic Fields (300 Hz-300 GHz). Environmental Health Criteria 137. WHO 1993, 257p. Bảng 2: Kết quả thực nghiệm chiếu sóng (cm), với mật độ dòng năng lượng 250mW/ cm2 lên chuột cống Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1&2-201292